一种掘进机精准定位及导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种掘进机精准定位及导航系统，在掘进机机身进行加工，掘进机机身两侧、前方以及上方利用自身结构进行掩护安装激光雷达，激光雷达检测掘进机在巷道中的位置，并将数据信息实时反馈到计算机控制系统，计算机控制系统对数据进行筛查、处理与分析，实现对掘进机运行状态的实时监测，实现掘进机的定位工作；同时，将其反馈至控制中心，控制中心根据反馈结果进行调整，实现掘进机的导航工作；该过程具有时效性、准确性，无需在停机状态进行检测，提高工作效率、节约时间、降低成本，解决了原有设备耗费时间长、可靠性差的问题。

A precise positioning and navigation system for Roadheader

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机精准定位及导航系统
本专利技术属于定位导航的
，尤其涉及一种掘进机精准定位及导航系统。
技术介绍
目前，巷道掘进工作中在煤矿生产工作中非常重要，巷道掘进工作中，掘进机作为巷道掘进过程中必不可少的设备，因此，需对掘进机的定位与导航进行深入的研究。目前掘进工作中存在掘进机行走偏移问题，传统方式在掘进工作完成后再对掘进机的偏移进行调整，保证巷道掘进工作不发生严重偏移，并且对掘进机的位置缺乏监控，同时，该方式检查过程中需停机检查，消耗大量时间，且检查的过程是静态的，无法做到对运动状态进行实际监测，出现偏移无法迅速调整，在巷道总长过大的情况下利用该方式进行掘进难以保证直线度，并且耗时长、效率低。另外，掘进机工作的过程中难免会遇到硬岩掘进的情况，在掘进硬岩的过程中会产生较大的振动与冲击，会导致掘进机偏离预设运行轨迹，原有的停机调整的方式即使完成调整，继续工作后仍然会发生偏移，由于我国掘进技术不断提高对掘进的要求也越来越高，硬岩与超长巷道的现象会越来越多，现有技术已经无法满足当今社会的需求。因此，设计一种快速、高效的一种掘进机精准定位及导航系统，以解决上述问题。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种掘进机精准定位及导航系统，利用两侧雷达所监测的相对位置关系确定掘进机在巷道中的位置，并且利用激光雷达输出的信号来进行掘进机导航工作，以达到掘进机导航的目的。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种掘进机精准定位及导航系统，包括：信号获取模块，通过安装在掘进机两侧、上方及前方的激光雷达记录两侧巷道壁、前方煤壁以及巷道上方顶板的轮廓曲线信号；数据识别模块，用于对轮廓曲线信号进行识别，并将轮廓曲线中的凹坑、凸起去除；转换模块，用于将轮廓曲线信号转换为数字量，生成距离分布曲线；数据处理模块，用于对距离分布曲线中的数据进行处理，对部分的突变、震荡进行合理化的剔除；判断模块，根据距离分布曲线确定掘进机位置并判断偏离量，实现掘进机的定位与导航。可选的，本专利技术还包括二次分析系统，用于对掘进机两侧的激光雷达反馈的异常情况进行重新运算。进一步的，在初始位置时检测激光雷达与两侧巷道壁之间的距离，将其记录为L，将实时监测的激光雷达与巷道壁间的距离记为l，系统进行计算偏移量a＝L-l，若右侧输出a值为负，表示掘进机已经向左发生偏移，然而左侧a值并未发生变化，出现输出的a值长期为一侧为零另一侧不为零的情况，将这种情况定义为异常情况，说明不为零的一侧在初始位置时巷道壁存在着大面积的平面凹陷，将该侧在推溜过程中的l值重新调取，选择另一侧输出a值为零的情况下，该侧距离l长期处于的数值，定义该数值为L，将新的L重新输入计算机控制系统进行运算；在新的运算条件下，两侧输出的a值进行求和，若出现a不为零，求和后结果为零时，则说明掘进机工作存在左右偏移问题，同理，若右端a值为正，然而左侧a值并未发生变化，则说明存在大面积的平面凸起，该情况也定义为异常情况，需重新定义L值进行运算；最终，利用a值进一步判断偏移的方向，若a为正值说明该侧正在靠近巷道壁，若a值为负说明该侧正在远离巷道壁，通过a值正负合理的进行调整，消除掘进机的偏移。由上，本专利技术的掘进机精准定位及导航系统通过在掘进机两侧、运行前方和上方进行加工安装激光雷达，通过激光雷达进行扫描将巷道的情况反馈到控制中心，置于掘进机两侧的激光雷达监测掘进机两侧与巷道壁之间的相对位置关系，置于行进方向前方的激光雷达监测掘进机和煤壁间的相对位置关系，利用两侧的激光雷达所监测的相对位置关系确定掘进机在巷道中的位置并且利用激光雷达输出的信号来进行掘进机导航工作，激光雷达所检测的信号与三维激光扫描大体相似，得到的信号是巷道壁与煤壁以及巷道顶部的轮廓曲面，通过监测轮廓曲面与掘进机之间的相对位置关系，以达到掘进机导航的目的。本专利技术在掘进机机身两侧、上方以及前方安装激光雷达，监测掘进机与巷道壁、巷道顶板以及煤壁间相对位置关系，采用一种掘进机精准定位及导航系统对掘进机工作过程进行监测与校正，确保掘进机工作安全可靠，由于当今社会飞速发展，城市化速度加快，需应用掘进技术的领域越来越多，掘进的速度与效率亟需提高，掘进过程中硬岩、长巷道的现象已经逐渐成为常见状态，需采用合理的方法，保证掘进工作的可靠性，防止由于技术不足等原因导致掘进过程发生偏移等问题。本专利技术的掘进机精准定位及导航系统解决了原有方式周期长、局限性大与效率低等缺陷，同时利用激光雷达进行扫描与反馈，解决原有方式很难做到实时反馈，在硬岩掘进的过程中存在持续偏移的可能，影响设备工作寿命，无法保证施工质量并且存在安全隐患，采用掘进机精准定位及导航系统可以大幅度的缩短周期，实时监测掘进机所处位置，还可以对巷道的情况进行实时反馈，将掘进机在巷道中的位置实时反馈至控制中心，若发现掘进机出现偏移现象，控制中心可对掘进机进行远程操控，保证掘进机的工作的可靠性，降低成本提高效率并且利用激光雷达向巷道壁、巷道顶板以及煤壁发射波信号，实时监测掘进机在巷道中的位置，防止由于掘进机工作过程中发生偏移而导致施工质量以及人员安全性等诸多问题，为掘进机掘进工作提供保证。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为本专利技术的激光雷达的总体安装布置图；图2为本专利技术的激光雷达的实际安装示意图；图3为本专利技术的掘进机精准定位及导航系统的工作简图；图4为本专利技术的实际工作示意图；图5为本专利技术的两侧激光雷达数据处理程序框图；图6为本专利技术的前方激光雷达数据处理程序框图；图7为本专利技术的上方激光雷达数据处理程序框图；图8为本专利技术的上方激光雷达检测信号处理流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。本专利技术在掘进机两侧、前方及上方进行加工，加工后安装激光雷达，掘进机上各个激光雷达分别输出扫描后的曲面轮廓，计算机分别判断掘进机与巷道壁、煤壁及巷道顶板之间的位置关系，实现掘进机的定位，并且利用计算机控制系统对输出的曲面信号进行处理，去除部分不合理位置区间，确定掘进机与巷道壁、煤壁及顶板之间的位置关系，所述掘进机在安装激光雷达后不影响工作可靠性，所述激光雷达可快速、准确反馈巷道壁、煤壁及顶板与掘进机之间位置关系，确定掘进机位置并将其反馈至计算机控制系统，计算机远程操控掘进机，对掘进机的位置进行调整，保证掘进机按照预定方向前行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进机精准定位及导航系统，其特征在于，包括：/n信号获取模块，通过安装在掘进机两侧、上方及前方的激光雷达记录两侧巷道壁、前方煤壁以及巷道上方顶板的轮廓曲线信号；/n数据识别模块，用于对轮廓曲线信号进行识别，并将轮廓曲线中的凹坑、凸起去除；/n转换模块，用于将轮廓曲线信号转换为数字量，生成距离分布曲线；/n数据处理模块，用于对距离分布曲线中的数据进行处理，对部分的突变、震荡进行合理化的剔除；/n判断模块，根据距离分布曲线确定掘进机位置并判断偏离量，实现掘进机的定位与导航。/n

【技术特征摘要】
1.一种掘进机精准定位及导航系统，其特征在于，包括：
信号获取模块，通过安装在掘进机两侧、上方及前方的激光雷达记录两侧巷道壁、前方煤壁以及巷道上方顶板的轮廓曲线信号；
数据识别模块，用于对轮廓曲线信号进行识别，并将轮廓曲线中的凹坑、凸起去除；
转换模块，用于将轮廓曲线信号转换为数字量，生成距离分布曲线；
数据处理模块，用于对距离分布曲线中的数据进行处理，对部分的突变、震荡进行合理化的剔除；
判断模块，根据距离分布曲线确定掘进机位置并判断偏离量，实现掘进机的定位与导航。


2.如权利要求1所述的掘进机精准定位及导航系统，其特征在于，还包括二次分析系统，用于对掘进机两侧的激光雷达反馈的异常情况进行重新运算。


3.如权利要求2所述的掘进机精准定位及导航系统，其特征在于，在初始位置时检测激光雷达与两侧巷道壁之间的距离，将其记录为L，将实时监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：田莹，张强，刘思远，陈洪月，马英，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37